Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Präzision mit Laserradar

08.01.2001


... mehr zu:
»FBH »Laser »Laserdiod »Laserradar
Eine neuartige Laserdiode aus dem Berliner Ferdinand-Braun-Institut (FBH) ist das Herzstück eines Laserradars, mit dem das hoch präzise Vermessen von Abständen möglich ist. Der Einsatz von Licht sprengt die
Grenzen etablierter Messtechnik

Die Nutzung des Lichtes jenseits der abbildenden Optik hat in den letzten Jahren und Jahrzehnten rasante Fortschritte gemacht. Als Kronzeuge für diese Entwicklung steht der Laser. Laserlicht ist aus dem täglichen Leben nicht mehr wegzudenken. Fehlte es, könnte man nicht so präzise schweißen, schneiden, bohren, abtragen und beschichten. Bilder und Klänge hätten weit weniger Brillanz, Drucker wären nicht gestochen scharf, an den Kassen der Supermärkte müssten Verkäuferinnen wieder lange Zahlenreihen eintippen statt den Preis per Laserscanner abzutasten.
Waren Laser früher noch große Monster mit aufwändiger Kühlung, kann man sie heute auf einem Chip unterbringen. Die Lebensgemeinschaft von Lasertechnologie und Mikroelektronik erschließt immer neue Anwendungsfelder.

Jüngstes Beispiel sind Laserdioden aus dem Ferdinand-Braun-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) in einem Laser-Radar. Wie es zu der Entwicklung kam, schildert Dr. Andreas Klehr: "Die Firma Siemens suchte nach einer Möglichkeit, riesige Turbinen haargenau in das umgebende Gehäuse einzupassen. Je näher die Turbinenschaufeln der Gehäusewand kommen (ohne sie zu berühren), um so höher ist die Energieausbeute beim Betrieb der Turbine. Das zu realisieren, war die Herausforderung."
Um sie zu bewältigen, entwickelten die FBH-Forscher eine Halbleiter-Laserdiode, deren Funktionsprinzip Dr. Klehr so beschreibt: "Laserlicht wird auf die Schaufeloberfläche gestrahlt und die Wellenlänge kontinuierlich verändert. Aus dem Lichtecho kann man dann die Maße mit bisher nicht gekannter Präzision berechnen". So können die Monteure das Großaggregat in zehn Meter Entfernung noch mit einer Genauigkeit von einem hundertstel Millimeter vermessen. Das Laserradar, eine Gemeinschaftsarbeit zwischen der Siemens AG, der Firma Carl Zeiss Jena und dem FBH, ist eine Maßanfertigung mit Leistungsparametern, die man nicht per Katalog bestellen kann.

Hightech stecknadelkopfgroß
Wie kommt es, dass die Strahlen aus winzigen Laserdioden genau das tun, was sie nach dem Willen der Ingenieure tun sollen? Das Schlüsselwort heißt III / V-Halbleitertechnologie. Auf Substraten aus Galliumarsenid (GaAs) trägt man extrem dünne Schichten so auf, dass die Laserdioden im Wellenlängenbereich von 700 bis 1100 Nanometern arbeiten - optimal für solche speziellen Anwendungen.
Halbleiterlaser sind zwar gerade stecknadelkopfgroß, verkörpern aber Hightech in Reinkultur; die Herstellung eines solchen Chips verlangt viel Erfahrung und technologisches Gespür. "Für das Radarprinzip", erläutert Dr. Klehr, "soll die Laserlinie möglichst schmal, also die Frequenz hoch stabil sein, was einem Hundertmillionstel der Laserwellenlänge entspricht. Das erreichen wir durch ein in den Laser integriertes Gitter mit einer Periodenlänge von 150 Nanometern. Diese schmale Linie muss kontinuierlich über 100 Gigahertz (GHz) verschiebbar sein. Das wiederum lässt sich durch Aufheizen einzelner Bereiche des Lasers realisieren. Dafür werden spezielle Kontakte auf den Kristall aufgedampft. In das fertige Schichtpaket werden Strukturen geätzt, die der Führung des Lichtes dienen. Die Laser werden schließlich mit einem Diamantschneider aus dem Wafer heraus präpariert und in Laserdiodenträger eingebaut."

Die neue Laserbaureihe erfordert rund 100 Arbeitsschritte, die mehrere Wochen dauern. Dann jedoch ist ein kleines technisches Kunstwerk fertig, das seinesgleichen sucht. Wieder einmal hat ein ausgefallener Kundenwunsch die Technologie ein gutes Stück vorangebracht.

Weitere Einsatzfelder
Die FBH-Wissenschaftler suchen inzwischen weitere Einsatzfelder für ihre Laser-Sensoren. Erneut bietet Siemens einen Anwendungsfall: die elektrischen Oberleitungen bei der Deutschen Bahn AG. Bei diesen Leitungen soll der Verschleiß durch Abrieb gemessen werden - ein für die Sicherheit des Bahnbetriebs entscheidender Vorgang, denn frühzeitig könnte die Reparatur an einem kritischen Streckenabschnitt eingeleitet werden. Das Laserradar, erläutert Andreas Klehr, wird bei dieser Anwendung auf einer Lokomotive installiert und sein Impuls auf die Drähte geleitet. Aus der reflektierten Strahlung lässt sich "dann leicht" die Information über den Abrieb der Drähte herauslesen.

Weitere interessante Anwendungen dieser Laserdioden sind Oszillatoren für Nd-YAG-Lasersysteme in der Materialbearbeitung. Durch Übertragung der Technologie auf andere Wellenlängen werden auch Anwendungen in der Spektroskopie und Displaytechnologie möglich.

Ansprechpartner: Dr. Andreas Klehr, Tel.: 030 6392 2658, E-Mail: klehr@fbh-berlin.de

Bildunterschrift
Laserdiode mit eingebautem Gitter, auf einen Träger aus Aluminiumnitrid (AlN) montiert. Die drei Sektionen des neu entwickelten Lasers sind mit Bonddrähten kontaktiert. Die Gesamtlänge des Lasers beträgt 2mm. Abb: Ferdinand-Braun-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH)

Das FBH gehört zusammen mit 77 anderen außeruniversitären Forschungseinrichtungen zur Wissenschaftsgemeinschaft Gottfried Wilhelm Leibniz e.V. (WGL). Das Spektrum der Leibniz-Institute ist breit und reicht von den Natur-, Ingenieur- und Umweltwissenschaften über die Wirtschafts-, Sozial- und Raumwissenschaften bis hin zu den Geisteswissenschaften und Museen mit angeschlossener Forschungsabteilung. Die Institute arbeiten nachfrageorientiert und interdisziplinär. Sie sind von überregionaler Bedeutung, betreiben Vorhaben im gesamtstaatlichen Interesse und werden deshalb von Bund und Ländern gemeinsam gefördert. Näheres unter: http://www.wgl.de.

Weitere Informationen finden Sie im WWW:

Joachim Moerke | idw

Weitere Berichte zu: FBH Laser Laserdiod Laserradar

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Verfahrenstechnologie:

nachricht Neues Quantenpunkt-Mikroskop zeigt die elektrischen Potenziale einzelner Atome
11.06.2019 | Forschungszentrum Jülich GmbH

nachricht Wasserdicht dank flinker Laser
27.05.2019 | Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Partielle Mondfinsternis am 16./17. Juli 2019

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde (VdS) und des Hauses der Astronomie in Heidelberg - Wie im letzten Jahr findet auch 2019 eine in den späten Abendstunden in einer lauen Sommernacht gut zu beobachtende Mondfinsternis statt, und zwar in der Nacht vom 16. auf den 17. Juli. Die Finsternis ist zwar nur partiell - der Mond tritt also nicht vollständig in den Erdschatten ein - es ist aber für die nächsten Jahre die einzige gut sichtbare Mondfinsternis im deutschen Sprachraum.

Am Dienstagabend, den 16. Juli, wird ein kosmisches Schauspiel zu sehen sein: Der Vollmond taucht zu einem großen Teil in den Schatten der Erde ein, es findet...

Im Focus: Fraunhofer IDMT zeigt akustische Qualitätskontrolle auf der Fachmesse für Messtechnik »Sensor + Test 2019«

Das Ilmenauer Fraunhofer-Institut für Digitale Medientechnologie IDMT präsentiert vom 25. bis 27. Juni 2019 am Gemeinschaftsstand der Fraunhofer-Gesellschaft (Stand 5-248) seine neue Lösung zur berührungslosen, akustischen Qualitätskontrolle von Werkstücken und Bauteilen. Da die Prüfung zerstörungsfrei funktioniert, kann teurer Prüfschrott vermieden werden. Das Prüfverfahren wird derzeit gemeinsam mit verschiedenen Industriepartnern im praktischen Einsatz erfolgreich getestet und hat das Technology Readiness Level (TRL) 6 erreicht.

Maschinenausfälle, Fertigungsfehler und teuren Prüfschrott reduzieren

Im Focus: Fraunhofer IDMT demonstrates its method for acoustic quality inspection at »Sensor+Test 2019« in Nürnberg

From June 25th to 27th 2019, the Fraunhofer Institute for Digital Media Technology IDMT in Ilmenau (Germany) will be presenting a new solution for acoustic quality inspection allowing contact-free, non-destructive testing of manufactured parts and components. The method which has reached Technology Readiness Level 6 already, is currently being successfully tested in practical use together with a number of industrial partners.

Reducing machine downtime, manufacturing defects, and excessive scrap

Im Focus: Erfolgreiche Praxiserprobung: Bidirektionale Sensorik optimiert das Laserauftragschweißen

Die Qualität generativ gefertigter Bauteile steht und fällt nicht nur mit dem Fertigungsverfahren, sondern auch mit der Inline-Prozessregelung. Die Prozessregelung sorgt für einen sicheren Beschichtungsprozess, denn Abweichungen von der Soll-Geometrie werden sofort erkannt. Wie gut das mit einer bidirektionalen Sensorik bereits beim Laserauftragschweißen im Zusammenspiel mit einer kommerziellen Optik gelingt, demonstriert das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT auf der LASER World of PHOTONICS 2019 auf dem Messestand A2.431.

Das Fraunhofer ILT entwickelt optische Sensorik seit rund 10 Jahren gezielt für die Fertigungsmesstechnik. Dabei hat sich insbesondere die Sensorik mit der...

Im Focus: Successfully Tested in Praxis: Bidirectional Sensor Technology Optimizes Laser Material Deposition

The quality of additively manufactured components depends not only on the manufacturing process, but also on the inline process control. The process control ensures a reliable coating process because it detects deviations from the target geometry immediately. At LASER World of PHOTONICS 2019, the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT will be demonstrating how well bi-directional sensor technology can already be used for Laser Material Deposition (LMD) in combination with commercial optics at booth A2.431.

Fraunhofer ILT has been developing optical sensor technology specifically for production measurement technology for around 10 years. In particular, its »bd-1«...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

17. Internationale Conference on Carbon Dioxide Utilization in Aachen

25.06.2019 | Veranstaltungen

Meeresleuchten, Klimawandel, Küstenmeere Afrikas – Spannende Vielfalt bei „Warnemünder Abenden 2019“

24.06.2019 | Veranstaltungen

Plastik: Mehr Kreislauf gegen die Krise gefordert

21.06.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Clever Chillen mit weniger Kältemittel: Neue Blue e Chiller von 11 bis 25 kW

25.06.2019 | Energie und Elektrotechnik

Neuer Therapieansatz fördert die Reparatur von Blutgefässen nach einem Hirnschlag

25.06.2019 | Biowissenschaften Chemie

Neue Herangehensweise bei sich selbstmontierenden Mikromaschinen

25.06.2019 | Maschinenbau

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics